基于DSP动力磁悬浮轴承悬浮控制系统研究

论文摘要

动力磁悬浮轴承（Power Magnetic Bearing）集旋转驱动与径向悬浮于一体,具有机械轴承及磁悬浮轴承无可比拟的优点,为旋转机械的发展开辟了新的研究途径。动力磁悬浮轴承主要分永磁同步型、感应型及磁阻型等,本文对感应型动力磁悬浮轴承的悬浮机理和控制方法进行了较为深入的研究。（1）在综述国内外动力磁悬浮轴承研究进展和发展现状的基础上,根据动力磁悬浮轴承的悬浮机理,建立了含转子偏心的径向悬浮力数学模型。（2）针对动力磁悬浮轴承强耦合特性,分析了转矩子系统和悬浮子系统之间的耦合关系,基于U-I模型的解耦控制方法,推导出悬浮解耦算法公式,建立了悬浮绕组独立控制算法,仿真及实验结果均验证了该算法的有效性。（3）设计出以DSP（TMS320LF2407A）为核心的数字控制系统,该系统包括转子位移检测、悬浮绕组电流检测及PID控制等,同时还设计出系统主电路及过、欠电压和泵升保护等保护电路,提高了动力磁悬浮轴承悬浮控制的可靠性。（4）针对U-I模型解耦控制算法中引入的纯积分环节,提出级联两个一阶低通滤波器以取代纯积分环节的新积分算法,消除了由纯积分环节而引入的直流偏置误差或初始相位积分误差,提高了转子的悬浮精度。（5）由于动力磁悬浮轴承转子对外界干扰的高敏感性,为实现系统的实时控制,本文全部程序采用汇编语言编写,在实现稳态悬浮的基础上保证了系统的实时性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 一、动力磁悬浮轴承研究意义与现状
• 二、动力磁悬浮轴承悬浮控制系统发展
• 三、动力磁悬浮轴承控制系统国内、外研究现状
• 四、本文研究内容
• 第一章 动力磁悬浮轴承基本理论
• 1.1 动力磁悬浮轴承旋转驱动原理
• 1.2 动力磁悬浮轴承径向悬浮原理
• 1.2.1 洛伦兹力与麦克斯韦力
• 1.2.2 可控悬浮力产生原理
• 1.3 动力磁悬浮轴承数学模型
• 1.3.1 坐标系与坐标转换
• 1.3.2 旋转驱动方程
• 1.3.3 径向悬浮力数学模型
• 本章小结
• 第二章 动力磁悬浮轴承悬浮控制策略
• 2.1 典型解耦方法及其局限性
• 2.2 基于气隙磁链辨识的悬浮绕组控制策略
• 2.3 径向悬浮力运动方程
• 2.4 转矩绕组气隙磁链辨识方法
• 2.5 基于U-I 模型悬浮绕组独立控制系统
• 本章小结
• 第三章 动力磁悬浮轴承悬浮控制系统硬件设计
• 3.1 悬浮控制系统整体硬件结构
• 3.2 主控模块
• 3.2.1 数字信号处理器DSP
• 3.2.2 PWM 信号输出单元
• 3.2.3 A/D 转换模块
• 3.3 IPM 驱动及保护模块
• 3.3.1 整流滤波电路
• 3.3.2 智能功率模块（IPM）
• 3.3.3 IPM 控制信号电路
• 3.3.4 保护模块
• 3.4 电流位移采样模块
• 3.4.1 电流采样电路
• 3.4.2 位移检测电路
• 3.5 人—机界面模块
• 3.5.1 键盘显示智能控制芯片HD7279A
• 3.5.2 人机界面电路设计
• 本章小结
• 第四章 动力磁悬浮轴承悬浮控制系统软件设计
• 4.1 DSP 软件编程
• 4.1.1 TMS320LF2407A 软件功能模块介绍
• 4.1.2 定标及标幺值
• 4.1.3 软件开发环境CCS2000
• 4.2 动力磁悬浮轴承悬浮控制软件实现
• 4.2.1 主程序
• 4.2.2 控制算法子程序
• 4.2.3 键盘显示中断子程序
• 本章小结
• 第五章 仿真及实验
• 5.1 控制系统仿真
• 5.1.1 仿真结果
• 5.1.2 仿真结果分析
• 5.2 实验装置
• 5.3 位移检测实验
• 5.4 基于DSP 可控悬浮力开环测定实验
• 5.4.1 实验原理与基本思想
• 5.4.2 实验步骤
• 5.4.3 实验结论
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢